Стандартная топология и разделяемая среда

Основная цель, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов, заключалась в нахождении простого и де­шевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания. Решение должно было быть недорогим, поскольку в сеть объединялись недорогие компьютеры — по­явившиеся и быстро распространявшиеся тогда мини-компьютеры стоимостью в 10 000-20 000 долларов. Количество их в одной организации было небольшим, поэтому предел в несколько десятков компьютеров представлялся вполне доста­точным для практически любой локальной сети. Задача связи локальных сетей в глобальные не была первоочередной, поэтому практически все технологии ло­кальных сетей ее игнорировали.

Для упрощения й, соответственно, удешевления аппаратных и программных решений разра­ботчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании общей среды передачи данных, ••

Этот метод связи компьютеров впервые был опробован при создании радиосети ALOHA Гавайского университета в начале 70-х под руководством Нормана Аб- рамсона (Norman Abramson). Радиоканал определенного диапазона частот есте­ственным образом является общей средой для всех передатчиков, использующих частоты этого диапазона для кодирования данных. Сеть ALOHA работала по ме­тоду случайного доступа, когда каждый узел мог начать передачу пакета в любой момент времени. Если после этого он не дожидался подтверждения приема в те­чение определенного тайм-аута, он посылал этот пакет снова. Общим был радио­канал с несущей частотой 400 МГц и полосой 40 кГц, что обеспечивало передачу данных со скоростью 9600 бит/с.

Немного позже Роберт Меткалф (R. Metcalfe) повторил идею разделяемой сре­ды уже для проводного варианта технологии LAN. Непрерывный сегмент коак­сиального кабеля стал аналогом общей радиосреды. Все компьютеры присоеди­нялись к этому сегменту кабеля по схеме монтажного ИЛИ (рис. 12.1), поэтому при передаче сигналов одним из передатчиков все приемники получали один и тот же сигнал, как и при использовании радиоволн.

Разделяемая среда Рис. 12.1. Разделяемая среда на коаксиальном кабеле

В технологиях Token Ring и FDDI тот факт, что компьютеры используют разде­ляемую среду, не так очевиден, как в случае Ethernet. Физическая топология этих сетей — кольцо, каждый узел соединяется кабелем с двумя соседними узла­ми (рис. 12.2). Однако эти отрезки кабеля также являются разделяемыми, так как в каждый момент времени только один компьютер может использовать коль­цо для передачи своих пакетов.

Простые стандартные топологии физических связей (звезда у коаксиального кабеля.

Ethernet и кольцо у Token Ring и FDDI) обеспечивают простоту разделения кабельной среды.

Рис. 12.2. Разделяемая среда в кольцевых топологиях

Использование разделяемых сред позволяет упростить логику работы узлов сети. Действительно, поскольку в каждый момент времени выполняется только одна передача, отпадает необходимость в буферизации кадров в транзитных уз­лах. Транзитных узлов также нет (мы уже рассматривали этот необычный вари­ант сети с коммутацией пакетов в главе 2). Соответственно, отпадает необходи­мость в сложных процедурах управления потоком и борьбы с перегрузками.

Основной недостаток разделяемой среды — плохая масштабируемость. Этот не­достаток является принципиальным, так как независимо от метода доступа к среде ее пропускная способность делится между всеми узлами сети. Здесь при­менимо положение теории очередей, которое мы изучали в главе 7: как только коэффициент использования общей среды превышает определенный порог, оче­реди к среде начинают расти нелинейно, и сеть становится практически нерабо­тоспособной. Значение порога зависит от метода доступа. Так, в сетях ALOHA это значение является крайне низким — всего около 18 %, в сетях Ethernet — около 30 %, а в сетях Token Ring и FDDI оно выросло до 60-70 %.